KR101852622B1 - 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제는, 슬러지와 우레탄 분말을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의해, 하수관로에 침전된 슬러지나 하수처리장에서 발생하는 슬러지, 음식물쓰레기 등을 개량하여 매립시설내 복토재나 토지를 개량하는 곳의 성토재로 활용할 수 있도록 함으로써 매립 등의 방법으로 처리하던 슬러지 폐자원을 효율적으로 재활용할 수 있게 된다.
특히, 우레탄 분말의 공극을 이용하여 함수율을 높이고, 미생물이 생존할 수 있는 공간을 제공하고, 토양 내부에서 산소를 공급하는 통로 역할을 하도록 하고, 미생물은 슬러지를 통해 영양분을 공급받도록 하며, 황토는 흙의 부패를 방지하는 역할을 하여 슬러지를 변화시켜 성토재로 적합하게 사용될 수 있게 된다.
더불어, 미생물로 하여금 슬러지 냄새 등을 제거하도록 하여 민원 발생이 발생하지 않고, pH 농도가 7.0 ~ 8.0 정도가 되어 약알칼리성으로 식물이 잘 생육할 수 있게 된다.

Description

슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제 및 그 제조 방법{Soil modifier using sludge and urethane, Manufacturing of it}

본 발명은 음식물쓰레기 또는 하수슬러지를 이용한 토지개량제에 관한 것으로, 하수관로에 침전된 슬러지나 하수처리장에서 발생하는 슬러지, 음식물쓰레기 등을 개량하여 매립시설내 복토재나 토지를 개량하는 곳의 성토재로 활용할 수 있도록 함으로써 매립 등의 방법으로 처리하던 슬러지 폐자원을 효율적으로 재활용할 수 있도록 한, 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 생활 중에 배출되는 하수 내지 폐수의 슬러지는 함수율이 높아 부패성이 강하고, 병원균의 오염문제가 있으며 용존산소를 고갈시키고 토양을 환원성으로 조성하는 등 각종 나쁜 영향을 주므로 반드시 처리를 하여야 한다.

따라서, 하수 내지 폐수 슬러지의 처리 방법은 퇴비화, 소각, 용융, 매립, 해양투기 등이 있다.

하지만, 국제협약(‘96 런던협약 의정서)의 발효에 따라 하수 내지 폐수 슬러지의 해양 투기가 전면 금지되는 바, 이러한 어려움을 극복하기 위해 다양한 하수 내지 폐수 슬러지 재활용 기술이 개발되고 있는 실정이다.

이러한 슬러지의 처리와 관련된 기술로, "유기성 슬러지를 이용한 토양개량제 제조방법"(한국 등록특허공보 제1028143호, 특허문헌 1)에는 유기성 슬러지에 생석회를 혼합하여 고화시키는 안정화단계와, 상기 안정화단계를 거친 유기성 슬러지에 다공질의 탈취제를 혼합하는 탈취제 혼합단계 및 상기 탈취제 혼합단계를 거친 유기성 슬러지에 식물의 성장에 도움을 주는 요소가 포함된 첨가물을 혼합하는 첨가물 혼합단계로 이루어진 구성이 공개되어 있다.

상기 특허문헌 1은 암모니아 가스에 기인하는 악취가 발생하지 않아 취급이 간편할 뿐만 아니라 상기 토양개량제를 식물이 자라는 토양에 혼합하여 사용하는 경우 토양의 보습력과 보비력을 향상시켜주고 이화학적 성질을 개량하여 토양의 지력을 증진시켜 토양 오염으로 인한 식물의 생육이 저하된 토양을 비옥하게 만들 수 있게 하였다.

또, "하수슬러지를 활용한 토지개량제 제조방법"(한국 등록특허공보 제1236862호, 특허문헌 2)에는 제지연소재, 고형제, 규사미분, 회황산, 탄산칼슘마그네슘 등을 혼합하여 토지개량제를 제조하는 기술이 공개되어 있다.

상기한 특허문헌 1, 2의 경우 처리하고자 하는 주요 대상인 슬러지에 안정화제, 고화제, pH조절제 등의 약품을 첨가해야 하는 바, 공정이 복잡하고 처리 시설의 대규모화되어 결과적으로 처리 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위한 기술로 "마사토와 슬러지를 이용한 토양 개량제와 그 제조방법"(한국 등록특허공보 제1267538호, 특허문헌 3)에는 하수슬러지, 유기성 폐기물, 분뇨 하수 슬러지, 부형재, 마사토 슬러지 등을 배합하여 가열하여 멸균 처리한 다음, 발효, 파쇄, 건토 미생물 배양 단계를 통해 제조하는 공정이 공개되어 있다.

이러한 특허문헌 3은 생물학적 처리를 통해 특허문헌 1, 2에 비해 화학 처리를 하지 않는 점은 우수하나, 미생물 배양 처리를 통하게 되는 바, 신속한 제조 처리가 이루어지지 않게 되는 문제점과, 벤토나이트, 우유 가공 슬러지 등 특정 슬러지를 준비해야 하는 바, 일반 하수 슬러지의 처리에 부적합한 문제점이 있었다.

상술한 종래의 하수 슬러지 처리 방법은 열병합발전소의 가압유동층 연소기술을 사용하는 과정에서 나오는 석탄회, 제지 연소제의 고형제와 pH조절제를 단계적으로 반응시키는 과정으로 하수슬러지에서 나오는 냄새를 완전히 제거할 수 없어 주변 민원의 대상이 되며, 많은 비용과 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

또, 하수슬러지에 생석회 경소 백운석, 연소재로 구성된 고화제를 혼합하여 고화 처리하는 방법 등이 있으나, 고화 처리물은 고화제의 강알칼리성에 의해 pH가 12.5 이상으로 지정 폐기물에 가깝고, 고화처리물은 다량의 암모니아 가스 발생으로 민원에 의해 복토재 및 토지개량제로 활용을 못하고 있는 실정이다.

KR 10-1028143 (2011.04.01) KR 10-1236862 (2013.02.19) KR 10-1267538 (2013.05.20)

본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제 및 그 제조 방법은 상기와 같은 종래 기술에서 발생하는 문제점을 해소하기 위한 것으로, 하수관로에 침전된 슬러지나 하수처리장에서 발생하는 슬러지, 음식물쓰레기 등을 개량하여 매립시설내 복토재나 토지를 개량하는 곳의 성토재로 활용할 수 있도록 함으로써 매립 등의 방법으로 처리하던 슬러지 폐자원을 효율적으로 재활용할 수 있도록 하려는 것이다.

특히, 우레탄 분말의 공극을 이용하여 함수율을 높이고, 미생물이 생존할 수 있는 공간을 제공하고, 토양 내부에서 산소를 공급하는 통로 역할을 하도록 하고, 미생물은 슬러지를 통해 영양분을 공급받도록 하며, 황토는 흙의 부패를 방지하는 역할을 하여 슬러지를 변화시켜 성토재로 적합하게 사용될 수 있게 하려는 것이다.

더불어, 미생물로 하여금 슬러지 냄새 등을 제거하도록 하여 민원 발생이 발생하지 않고, pH 농도가 7.0 ~ 8.0 정도가 되어 약알칼리성으로 식물이 잘 생육할 수 있게 하려는 것이다.

본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제는 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 슬러지와 우레탄 분말이 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 황토와 미생물이 더 포함되어 있는 것을 특징으로 한다.

또, 상기 우레탄 분말은 토지개량제 전체 100 중량% 중 1 ~ 10 중량%로 조성되고, 상기 미생물은 토지개량제 전체 100 중량% 중 0.1 ~ 5%로 조성되고, 상기 황토는 토지개량제 전체 100 중량% 중 5 ~ 40%로 조성되고, 잔량의 슬러지로 구성되되, 상기 슬러지는 음식물쓰레기, 하수슬러지 중 선택된 어느 하나 또는 둘의 혼합물로 구성된 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 우레탄 분말은 직경이 2mm 미만의 크기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제 제조 방법은 함수율이 조정된 슬러지와, 황토와, 미생물과 우레탄 분말을 혼합, 교반하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의해, 하수관로에 침전된 슬러지나 하수처리장에서 발생하는 슬러지, 음식물쓰레기 등을 개량하여 매립시설내 복토재나 토지를 개량하는 곳의 성토재로 활용할 수 있도록 함으로써 매립 등의 방법으로 처리하던 슬러지 폐자원을 효율적으로 재활용할 수 있게 된다.

특히, 우레탄 분말의 공극을 이용하여 함수율을 높이고, 미생물이 생존할 수 있는 공간을 제공하고, 토양 내부에서 산소를 공급하는 통로 역할을 하도록 하고, 미생물은 슬러지를 통해 영양분을 공급받도록 하며, 황토는 흙의 부패를 방지하는 역할을 하여 슬러지를 변화시켜 성토재로 적합하게 사용될 수 있게 된다.

더불어, 미생물로 하여금 슬러지 냄새 등을 제거하도록 하여 민원 발생이 발생하지 않고, pH 농도가 7.0 ~ 8.0 정도가 되어 약알칼리성으로 식물이 잘 생육할 수 있게 된다.

본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제는, 슬러지와 우레탄 분말을 포함하여 구성된다.

더불어, 이러한 구성에 황토와 미생물이 더 첨가되어 구성될 수 있다.

이때, 상기 우레탄 분말은 토지개량제 전체 100 중량% 중 1 ~ 10 중량%로 조성되고, 상기 미생물은 토지개량제 전체 100 중량% 중 0.1 ~ 5%로 조성되고, 상기 황토는 토지개량제 전체 100 중량% 중 5 ~ 40%로 조성되고, 잔량의 슬러지로 구성되되, 상기 슬러지는 음식물쓰레기, 하수슬러지 중 선택된 어느 하나 또는 둘의 혼합물로 구성된 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 우레탄 분말은 직경이 2mm 미만의 크기로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제 제조 방법은 함수율이 조정된 슬러지와, 황토와, 미생물과 우레탄 분말을 혼합, 교반하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 대해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제는 슬러지, 황토, 미생물 및 우레탄 분말로 이루어져 있다.

슬러지는 하수도 관로에 침전된 슬러지나, 하수처리장에서 발생하는 슬러지와 같은 하수슬러지나 음식물쓰레기 등으로 구성될 수 있다.

이때, 하수슬러지와 음식물쓰레기를 서로 혼합하여 구성될 수도 있다.

이러한 슬러지는 함수율이 80 ~ 98%로 비교적 높은 함수율인 것을 특징으로 한다.

이러한 함수율은 슬러지를 압축 이송 스크류 등을 통해 슬러지케익으로 만든 정도에 불과한 것으로 기존에 슬러지 처리시 함수율을 극도로 높이고, 고형제 등을 첨가하는 구성과 대비된다.

이러한 슬러지는 전체 토지개량제 100중량% 중 45 ~ 94.8 중량%의 범위로 구성될 수 있으며, 가정 적절하게는 75±10 중량%로 조성되는 것이 좋다.

황토는 흙의 부패를 방지함과 더불어 슬러지를 변화시켜 성토재로 사용될 수 있도록 하는 역할을 한다.

황토는 토지개량제 전체 100 중량% 중 5 ~ 40%로 조성될 수 있으며, 가장 적절하게는 20±5 중량%로 조성되는 것이 좋다.

이때의 황토는 상기한 역할 외에도 다량의 수분을 포함한 슬러지와 분말상의 우레탄 분말이 서로 잘 결합되도록 해주는 역할을 한다.

이는 우레탄 분말의 공극 사이로 슬러지 및 미생물 그리고 산소가 유입되는 공간을 형성, 유지토록 하여 미생물의 성장이 가능한 공간을 확보할 수 있게 해준다.

특히, 우레탄 분말을 비중이 낮은 이유로 단순 혼합 이후에는 슬러지와 층분리 현상이 발생할 수 있는데, 황토는 흡착력을 가져 층분리 현상이 발생하지 않도록 도와주게 된다.

미생물은 슬러지를 통해 영양분을 공급받아 성장하며, 슬러지에서 발생하는 악취 및 우레탄 분말 냄새 등을 제거하는 역할을 한다.

이러한 미생물은 유용미생물(EM), 토착 토양 미생물 등이 사용될 수 있으며, 토지개량제 전체 100중량% 중 0.1 ~ 5 %로 조성될 수 있으며, 가장 적절하게는 1±0.5%로 조성되는 것이 좋다.

우레탄 분말은 본 발명에서 주요한 구성요소로 우레탄 분말에는 미세한 공극이 있어 함수율을 높이며, 공극을 통해 미생물이 오랫동안 생존할 수 있는 공간을 제공하게 된다.

또한, 토양 내에서 흙속에 산소를 공급하는 통로를 제공하게 된다.

이러한 우레탄 분말은 토지개량제 전체 100 중량% 중 1 ~ 10 중량%로 조성되는 것이 좋으며, 가장 바람직하기로는 토지개량제 전체 100 중량% 중 4±2%로 조성되는 것이 좋다.

특히, 이러한 우레탄 분말은 비중이 작으며 전체 토지개량제 100 부피% 중 40±15%로 조성된다.

이처럼 우레탄 분말은 비중이 작기 때문에 전체 부피에서 큰 부피를 차지하게 되어 상기와 같은 미생물의 생육 공간, 흙 속에 산소 공급 통로 등을 제공하게 되는 것이다.

특히, 우레탄 분말은 토양 내에서 자연 분해되는 성질을 갖는 바, 다른 수지에 비해 비교적 환경 오염을 적게 일으키는 바, 사용으로 인한 환경 오염 문제를 일으킬 가능성이 적어진다.

이때, 우레탄 분말의 크기는 직경이 2 mm보다 작게 이루어지는 것이 바람직하다.

2 mm보다 크게 이루어질 경우 우레탄 분말 사이의 공극 크기가 커져 공극으로 입도가 작은 슬러지가 채워지고 이로 인해 미생물의 생육 공간 및 산소 공급 통로의 역할을 제공하지 못할 수 있게 된다.

또한, 최소 직경은 0.3mm보다 큰 것이 좋은데, 크기가 너무 작은 경우에는 오히려 반대로 그 자체만으로 공극의 크기가 작아 미생물 생육 공간, 산소 통로 역할을 하지 못하게 되기 때문이다.

더불어, 우레탄 분말은 신규로 제조된 분말이 사용될 수도 있으며, 폐 우레탄 수지를 안정적으로 재처리하여 유해 물질이 발생하지 않도록 안정화시킨 분말이 사용될 수 있다.

또한, 자연 분해성 외에 가수 분해성이나 생분해성을 갖는 재질로 더욱 한정하여 구성될 수도 있다 할 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제는 함수율이 80 ~ 98%로 조정된 음식물쓰레기 또는 하수슬러지와, 상기한 황토, 미생물 및 우레탄 분말을 혼합 교반함으로써 제조된다.

이때, 교반 시간인 10분 내지 2 시간 정도 교반이 이루어져 제조될 수 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제는 일 실시예로 슬러지를 음식물쓰레기로 사용하여 전체 100중량% 중 75%가 되도록 사용하고, 황토 20중량%, 우레탄분말 4중량%, 미생물 1중량%를 사용하여 토지개량제를 제조하였다.

이때, 음식물쓰레기는 각기 다른 음식물쓰레기 처리장에서 채취하여 사용하였다.

그 결과 pH는 8.1 ~ 7.5의 범위로 측정되었으며, 슬러지를 하수슬러지로 사용하였을 경우에는 pH가 7. 5 ~ 7.7의 범위로 측정되었다.

따라서, 제조된 토지개량제는 별도의 pH 조절제 없이도 약알칼리성을 띄어 토지 개량의 목적으로 사용하기에 적합한 것으로 나타났다.

더불어, 제조된 토지개량제의 성분을 분석한 결과, 인산은 51 ~ 208ppm, 칼륨은 0.98 ~ 1.10 ppm, 칼슘은 5.3 ~ 17.8 ppm, 마그네슘은 1.1 ~ 2.0ppm 포함된 것을 확인하였다.

이는 작물의 재배를 위한 토지 개량에 사용하기에 적합하다.

더불어, 본 발명의 토지개량제는 보다 바람직하기로는 매립 시설내 복토재나 토지 개량을 위한 곳의 성토재 등으로 활용하기에 적합하다 할 것이다.

본 발명의 토지개량제는 매립 시설 내 복토재, 토지 개량을 위한 곳의 성토재 등으로 활용될 수 있다 할 것이다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 토지개량제에 있어서,
   슬러지, 우레탄 분말, 황토 및 미생물이 포함되어 있는 것을 특징으로 하는,
   슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 우레탄 분말은 토지개량제 전체 100 중량% 중 1 ~ 10 중량%로 조성되고,
   상기 미생물은 토지개량제 전체 100 중량% 중 0.1 ~ 5%로 조성되고,
   상기 황토는 토지개량제 전체 100 중량% 중 5 ~ 40%로 조성되고,
   잔량의 슬러지로 구성되되,
   상기 슬러지는 음식물쓰레기, 하수슬러지 중 선택된 어느 하나 또는 둘의 혼합물로 구성된 것을 특징으로 하는,
   슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 우레탄 분말은 직경이 2mm 미만의 크기로 이루어진 것을 특징으로 하는,
   슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제.
   
5. 토지개량제 제조 방법에 있어서,
   슬러지의 함수율을 조정하여 준비하는 단계와;
   상기 슬러지에 황토, 미생물 및 우레탄 분말을 혼합하여 교반하는 단계;를 포함하여 구성된,
   슬러지와 우레탄을 이용한 토지개량제 제조 방법.